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普通混凝土配合比设计总结

普通混凝土配合比设计(新规范)

一、术语、符号

1.1 普通混凝土

干表观密度为2000kg/m3~2800kg/m3的混凝土。

(在建工行业,普通混凝土简称混凝土,是指水泥混凝土)

1.2 干硬性混凝土

拌合物坍落度小于10mm且须用维勃稠度(s)表示其稠度的混凝土。

(维勃稠度可以合理表示坍落度很小甚至为零的混凝土拌合物稠度,维勃稠度等级划分为5个。)

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1.3 塑性混凝土

拌合物坍落度为10mm~90mm的混凝土。

1.4 流动性混凝土

拌合物坍落度为100mm~150mm的混凝土。

1.5 大流动性混凝土

拌合物坍落度不低于160mm的混凝土。

1.6 胶凝材料

混凝土中水泥和矿物掺合料的总称。

1.7 胶凝材料用量

混凝土中水泥用量和矿物掺合料用量之和。

1.8 水胶比

混凝土中用水量与胶凝材料用量的质量比。(代替水灰比)

(胶凝材料和胶凝材料用量的术语和定义在混凝土工程技术领域已被广泛接受)

二、设计方法、步骤及相关规定

2.1 基本参数

(1)水胶比W/B;

(2)每立方米砼用水量m w;

(3)每立方米砼胶凝材料用量m b;

(4)每立方米砼水泥用量m C;

(5)每立方米砼矿物掺合料用量m f;

(6)砂率βS:砂与骨料总量的重量比;

(7)每立方米砼砂用量m S;

(8)每立方米砼石用量m g。

2.2 理论配合比(计算配合比)的设计与计算

基本步骤:

? 混凝土配制强度的确定; ? 计算水胶比;

? 确定每立方米混凝土用水量;

? 计算每立方米混凝土胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量; ? 确定混凝土砂率; ? 计算粗骨料和细骨料用量。

(1)混凝土配制强度的确定

? 混凝土配制强度应按下列规定确定:

当混凝土设计强度等级小于C60时,配制强度应按下式确定:

σ645.1,0,+≥k cu cu f f (1)

式中:0,cu f ——混凝土配制强度(MPa );

k cu f ,——混凝土立方体抗压强度标准值,这里取混凝土的设计强

度等级值(MPa );

σ——混凝土强度标准差(MPa )。

当设计强度等级不小于C60时,配制强度应按下式确定:

k cu cu f f ,0,15.1≥ (2)

? 混凝土强度标准差应按下列规定确定:

有近1~3个月同品种、同等级混凝土强度资料,且试件组数不小于30,其混凝土强度标准差时 (≥ 30组数据)按式(3)统计计算:

1

1

22,-?-=

∑=n m n f

n

i fcu

i cu σ (3)

式中:i cu f ,——第i 组试件强度(MPa ); 2f c u m ——n 组试件的强度平均值(MPa ); n ——试件组数。

对于强度等级不大于C30的混凝土,当混凝土强度标准差计算值不小于3.0MPa 时,按式(3)计算结果取值;当混凝土强度标准差计算值小于3.0MPa 时,应取3.0MPa 。

对于强度等级大于C30且小于C60的混凝土,当混凝土强度标准差计算值不小于4.0MPa 时,应按式(3)的计算结果取值;当混凝土强度标准差计算值小于4.0MPa 时,应取4.0MPa 。

当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时,其强度标准差σ可按下表取值。

表1 标准差σ取值(MPa )

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(2)水胶比确定

当混凝土强度等级小于C60时,混凝土水胶比宜按下式计算:

b

b a cu b

a f f f B W ααα+=

0, (4)

式中:B W ——混凝土水胶比;

a α、

b α——回归系数,按表2取值;

b f ——胶凝材料28d 胶砂抗压强度(MPa ),可以实测;也可

按照式(5)计算确定。

表2 回归系数a α、b α取值表

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当胶凝材料28d 胶砂抗压强度值(b f )无实测值时,可按下式计算:

ce s f b f f γγ= (5)

式中:f γ、s γ——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数,按表3

选用;

ce f ——水泥28d 胶砂抗压强度(MPa ),可以实测;也可按

照式(6)计算确定。

表3 粉煤灰影响系数f γ和粒化高炉矿渣粉影响系数s γ

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注:1.采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰宜取上限值;

2.采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值,采用S95级粒化高炉矿渣粉

宜取上限值,采用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加0.05; 3.当超出表中的掺量时,粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数经试验确定

当水泥28d 胶砂抗压强度(ce f )无实测值时,可按下式计算:

g ce c ce f f ,γ= (6)

式中:c γ——水泥强度等级值的富余系数,可按实际统计资料确定,

也可按表4选用;

g ce f ,——水泥强度等级值(MPa )。

表4 水泥强度等级值的富余系数(c γ)

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耐久性验证:

混凝土的最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的规定。(控制水胶比是保证耐久性的重要手段,水胶比是配比设计的首要参数)

混凝土结构设计规范》对不同环境条件的混凝土最大水胶比作了规定。

表5 结构混凝土材料水胶比基本要求

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注:处于严寒和寒冷地区二b 、三a 类环境中的混凝土应使用引气剂,并可采用括号中的有关参数。

混凝土结构暴露的环境类别按表6进行划分。

表6 混凝土结构的环境类别

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混凝土的最小胶凝材料用量应符合表7的规定,配制C15及其以下强度等级的混凝土,可不受表7的限制。(在满足最大水胶比条件下,最小胶凝材料用量是满足混凝土施工性能和掺加矿物掺和料后满足混凝土耐久性的胶凝材料用量)

表7 最小胶凝材料用量

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(3)用水量确定

m)应符合下列规定:每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量(

w

1)混凝土水胶比在0.40-0.80范围时,可以按表8、9选取;

2)混凝土水胶比小于0.40时,可通过试验确定。

表8 干硬性混凝土的用水量(kg/m3)

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表9 塑性混凝土的用水量(kg/m 3)

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注:1.本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时,每立方米混凝土用水

量可以增加5kg-10kg ;采用粗砂时,可减少5kg-10kg ; 2.掺用矿物掺合料和外加剂时,用水量应相应调整。 (4)胶凝材料用量确定

每立方米混凝土的胶凝材料用量(0b m )应按式(7)计算,并应进行试拌调整,在拌合物性能满足的情况下,取经济合理的胶凝材料用量。

B

W m m w b 0

0=

(7) 式中:0b m ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m 3);

0w m ——计算配合比每立方米混凝土中用水量(kg/m 3);

B W ——水胶比。

(5)砂率确定

砂率(s β)应根据骨料的技术性质、混凝土拌合物性能和施工要求,参考既有历史资料确定。

当缺乏砂率的历史资料时,混凝土砂率的确定应符合下列规定: 1)坍落度小于10mm 的混凝土,其砂率应经试验确定;

2)坍落度为10mm-60mm 的混凝土,其砂率可根据粗骨料品种、最大公称粒径及水胶比按照表7选取;

3)坍落度大于60mm 的混凝土,其砂率可经经验确定,也可在表10的基础上,按坍落度每增大20mm 、砂率增大1%的幅度予以调整。

表10 混凝土的砂率(%)

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注:1.本表数值系中砂的选用砂率,对细砂或粗砂,可相应的减少或增加; 2.采用人工砂配制混凝土时,砂率可以适当增加;

3.只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时,砂率应适当增大。 (6)粗、细骨料用量确定

当采用质量法计算混凝土配合比时,粗、细骨料用量应按式(8)计算,砂率按式(9)计算。

cp w s g b m m m m m =+++0000 (8)

%100?+=

so

go so

s m m m β (9)

式中:0b m ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m 3);

0w m ——计算配合比每立方米混凝土中用水量(kg/m 3); 0g m ——计算配合比每立方米混凝土中粗骨料用量(kg/m 3);

0s m ——计算配合比每立方米混凝土中细骨料用量(kg/m 3);

s β——砂率;

cp m ——每立方米混凝土拌合物的假定质量(kg ),可取2350

kg/m 3-2450 kg/m 3。

当采用体积法计算混凝土配合比时,粗、细骨料用量按式(10)、(11)计算。

101.00

=++

+

+

αρρρρw

w s

s g

g b

b m m m m (10)

%100?+=

so

go so

s m m m β (11)

式中:b ρ——胶凝材料密度(kg/m 3);仅采用水泥作为胶凝材料时,

便为水泥密度;

g ρ——粗骨料的表观密度(kg/m 3);

s ρ——细骨料的表观密度(kg/m 3);

w ρ——水的密度(kg/m 3),可取1000 kg/m 3;

α——混凝土的含气量百分数,在不使用引气剂或引气型外加

剂时,α可取1。

2.3 混凝土配合比的试配、调整与确定

(1)配合比的试配

混凝土试配应采用强制式拌和机进行搅拌,搅拌方法与施工采用方法相同; 实验室成型条件符合国家标准相关规定;

每盘混凝土试配的最小搅拌量应符合表11的规定,并不应小于搅拌机公称容量的1/4且不应大于搅拌机公称容量。

表11 混凝土试配的最小搅拌量

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在计算配合比的基础上进行试拌。计算水胶比应该保持不变,并应通过调整配合比其他参数使得混凝土拌合物性能符合设计和施工要求,然后修正计算配合比,提出试拌配合比。

在试拌配合比的基础上进行混凝土强度试验,并符合下列规定:

1)应采用三个不同的配合比,其中一个应为上述确定的试拌配合比,另外两个配合比的水胶比宜比试拌配合比分别增加和减少0.05,用水量应与试拌配合比相同,砂率可适当增加和减少1%;

2)进行混凝土强度试验时,拌合物性能应符合设计和施工要求;

3)进行混凝土强度试验时,每个配合比应至少制作一组试件,并标准养护至28d或设计规定龄期进行试压。

(2)配合比的调整与确定

根据得出的各组砼强度结果,绘制强度和胶水比的线性关系图或插值法确定

f)相对应的胶水比数值。

略大于砼配制强度(

0,

cu

或者选三个(或多个)强度中的一个所对应的胶水比,该强度大等于配制强度。

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在试拌配合比的基础上,用水量(w m )应按试拌配合比中的单位用水量,并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行适当调整。

胶凝材料用量(b m )应以用水量乘以确定的胶水比计算得出;

粗骨料(g m )和细骨料(s m )用量应按试拌配合比中砂率,根据用水量及胶凝材料用量进行调整;

混凝土拌合物表观密度和配合比校正系数的计算应符合下列规定: 1)配合比调整后的混凝土拌合物的表观密度应按下式计算:

w s g b c c m m m m +++=,ρ (12)

式中:c c ,ρ——混凝土拌合物的表观密度计算值(kg/m 3);

b m ——每立方米混凝土的水泥用量(kg/m 3); g m ——每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m 3);

s m ——每立方米混凝土的细骨料用量(kg/m 3);

w m ——每立方米混凝土的用水量(kg/m 3);

混凝土配合比校正系数按下式计算:

c

c t

c ,,ρρδ= (13) 式中:δ——混凝土配合比校正系数;

t c ,ρ——混凝土拌合物的表观密度实测值(kg/m 3)。

当混凝土拌合物表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时,配合比保持不变;当二者之差超过2%时,应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ。

2.4 施工配合比

当工地所采用砂的含水量为s W ,石子的含水量为g W 时,将上述配合比换算为施工配合比,每立方米中各种材料的用量为:

胶凝材料: b b

m m ='

细骨料: )1('s s s W m m +?=

粗骨料: )1('

g g g W m m +?=

水: )('g g s s w w W m W m m m ?+?-=

三、参考资料

1.普通混凝土配合比设计规程(JGJ 55-2011),人民交通出版社;

2.混凝土结构设计规范(GB 50010-2010),人民交通出版社。

四、计算示例

4.1 设计资料

(1)设计要求

非寒冷地区露天环境下某桥梁工程桥墩用钢筋混凝土,混凝土设计强度等级C30,施工要求坍落度为35-50mm 。

(2)组成材料

水泥:普通硅酸盐水泥32.5级,密度为3/3100m kg c =ρ; 砂:中砂,表观密度3/2600m kg s =ρ;

碎石:最大粒径40mm ,表观密度3/2650m kg g =ρ; 水:自来水。

4.2 设计要求

(1)确定理论(计算)配合比;

(2)经试拌坍落度为10mm ,采取措施:增加5%水泥浆,工作性满足要求。请确定试拌配合比?

(3)

(4)某施工现场砂子的含水率为s W =2%,碎石含水率为g W =1%,请确定施工配合比?

4.3 设计计算

步骤1:理论配合比计算 (1)混凝土配制强度的确定

混凝土设计强度等级为C30,查表得到混凝土强度标准差为σ=5.0MPa ,混凝土的配制强度为:

225.380.5645.130645.1,0,=?+=+≥σk cu cu f f MPa

(2)水胶比确定

水泥强度等级为5.32,=g ce f MPa ,查表得到富余系数为1.12,那么水泥28d 胶砂抗压强度:

4.36

5.3212.1,=?==g ce c ce f f γ MPa

本次设计采用水泥作为唯一的胶凝材料,因此,0.1=f γ、0.1=s γ。 胶凝材料28d 胶砂抗压强度值b f 为:

4.36==ce s f b f f γγ MPa

由于粗骨料为碎石,因此查表得到a α=0.53,b α=0.20; 混凝土水胶比宜按下式计算:

46.04

.3620.053.0225.384

.3653.00,=??+?=+=

b b a cu b a f f f B W ααα

该结构所处环境类别为二a ,其最大水胶比为0.55。因此,计算所得的水胶比满足混凝土耐久性的要求。

(3)用水量确定

混凝土拌合物施工要求坍落度为35-50mm ,碎石最大粒径为40mm ,因此查表得到单位用水量为:

0w (4)胶凝材料用量确定

根据水胶比46.0=B W ,0w m =175kg/m 3,计算得到水泥用量为:

0c m =380 kg/m 3

根据耐久性要求,二a 环境下的钢筋混凝土结构最小水泥用量为280 kg/m 3。本次计算所得的水泥用量满足结构耐久性要求。

(5)砂率确定

由碎石最大粒径40mm ,水胶比0.46,可得: 对应于水胶比0.40时,砂率s β=29.5; 对应于水胶比0.50时,砂率s β=32.5; 由水胶比0.46,通过线性内插可知:

s β=29.5+

5.29)40.04

6.0(40

.050.05

.295.32+-?--=31.3

(6)粗、细骨料用量确定 采用体积法进行配合比计算:

101.00

=++

+

+

αρρρρw

w s

s g

g b

b m m m m (10)

%100?+=

so

go so

s m m m β (11)

1101.01000

17526002650310038000=?++++s g m m 3.31%100=?+so

go so

m m m

联立方程组求解可得:

0g m =1253kg/m 3

so 按体积法计算所得混凝土计算配合比为:0b m :0w m :0s m :0g m =380:175:571:1253

以水泥质量为1表示其他材料用量为:0b m :0w m :0s m :0g m =1:0.46:1.50:3.30 步骤2:试拌配合比计算

按计算配合比试拌0.025m 3混凝土拌合物,各种材料用量为: 水泥:0.025*380=9.5kg ; 水:0.025*175=4.375kg ; 砂:0.025*571=14.275; 碎石:0.025*1253=31.325; 采取措施:增加5%水泥浆,那么: 水泥:0.025*380*(1+5%)=9.975kg ; 水:0.025*175*(1+5%)=4.594kg ; 砂:0.025*571=14.275; 碎石:0.025*1253=31.325; 进行试拌配合比换算: 水泥体积:9.975/3100=0.0032; 水体积:4.594/1000=0.0046; 砂体积:14.275/2600=0.0055; 碎石体积:31.325/2650=0.0118;

拌合物总体积:0.0032+0.0046+0.0055+0.0118=0.0246m 3 配置1m 3混凝土拌合物所需材料比例为:

0b m :0w m :0s m :0g m =(1/0.0246)*9.975: (1/0.0246)*4.594: (1/0.0246)

*14.275: (1/0.0246)*31.325=405:187:580:1273

上述比例即为试拌配合比。 步骤3:设计配合比计算 1)强度检验

以计算水胶比0.46为基础,采用水灰比0.41、0.46、0.51进行强度检验,基准用水量187kg/m 3保持不变,相应调整砂、碎石用量,拌制三组混凝土拌合物并成型试件,水灰比0.41、0.51的两种配合比坍落度均符合要求。与三个水灰比相对应的28d 抗压强度实测结果分别为:45.1MPa 、37.8 MPa 、30.1 MPa 。

绘制灰水比与抗压强度曲线,如下:

普通混凝土配合比设计总结

得到对应于混凝土配置强度225.380.5645.130645.1,0,=?+=+≥σk cu cu f f MPa 的灰水比为:2.209。

因此水灰比为0.45。 2)设计配合比确定